一種白炭黑復合粉體的生產方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及填料領域，更具體的為一種沉淀法工藝生產白炭黑和片狀碳材料復合粉體的方法，其中白炭黑占復合粉體質量百分比的60% -99%。
【背景技術】
[0002]白炭黑是白色粉末狀無定形硅酸和硅酸鹽產品的總稱，主要是指沉淀二氧化硅、氣相二氧化硅和超細二氧化硅凝膠，也包括粉末狀合成硅酸鋁和硅酸鈣等，其中氣相白炭黑生產成本很高，沉淀法白炭黑價格便宜。白炭黑在食品添加劑領域、塑料、涂料、染料、油漆和紡織、造紙、農藥、合成樹脂等日用及工業化學制品中作為不同性能的添加劑，應用較為廣泛。
[0003]白炭黑作為一種環保、性能優異的助劑，廣泛用作橡膠制品中替代炭黑的補強劑，并具有較好粘附力、抗撕裂及耐熱抗老化性能。國內以沉淀法白炭黑為主，它在橡膠制品中的補強效果次于炭黑。沉淀法白炭黑為橡膠配方提供高硬度、高扯斷強度、高撕裂強度，改善膠料與鋼絲簾線的粘合力。沉淀法白炭黑還能提高膠料的耐久性能，改善耐屈燒和抗沖擊性能，提尚雪地輪胎在路面的牽引性，提尚輪胎全天候性能。
[0004]白炭黑填充橡膠制品在降低輪胎滾動阻力、提高輪胎抓地力等方面優于炭黑，符合綠色節油輪胎的要求，市場上對于全白炭黑胎面的需求越來越大。但是，沉淀法白炭黑替代炭黑用于橡膠制品，會引起橡膠制品體積電阻率的降低，容易產生靜電危害，這對橡膠制品尤其是輪胎制品是非常不利的負面影響。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于為了提高單一沉淀法白炭黑粉體的性能，提供了一種白炭黑復合粉體的生產方法，從而促進白炭黑產品附加值的提升。
[0006]本發明的技術方案是:
[0007]—種白炭黑復合粉體的生產方法，是在沉淀法生產白炭黑的過程中經干燥制得白炭黑和片狀碳材料的復合粉體，片狀碳材料為鱗片石墨、納米石墨片、石墨烯、或氧化石墨烯中的一種，其特征在于:在生產中間過程中形成含有白炭黑和片狀碳材料的混合液態漿料。
[0008]目前，液相沉淀法白炭黑的生產在中國國內大都采用稀硫酸兩步法進行:第一步反應生成稀硅溶膠、放置熟化一段時間，在稀硅溶膠中逐步形成晶核，作為第二步反應的晶種；第二步即用含晶種的溶液作為聚集生長的母液，按一定速度加水玻璃及稀硫酸進行沉淀反應，反應一段時間后，停加水玻璃，只加稀硫酸進行酸化處理，當反應液PH值達一定值時，停止加酸，陳化一定時間，然后過濾用水洗滌，脫除Na2S(V^，送噴霧干燥，粉碎后得到產品。但是這樣生產的沉淀法白炭黑具有不足的導電性
[0009]通過在白炭黑傳統生產工藝的中間過程，沉淀生成白炭黑工序或白炭黑濾餅制成噴霧干燥用漿料工序引入片狀碳材料，可以顯著提高白炭黑復合粉體的導電性。雖然片狀碳材料一一鱗片石墨、納米石墨片和石墨烯具有高的石墨化結晶度，具有高的導電性，但是片層間具有較強的范德華力，具有不足的可分散性。氧化石墨烯可以通過還原處理，也具有較好導電性。片狀碳材料通過小比例的和白炭黑復合，白炭黑和片狀碳材料可以互相隔離和分散，從而得到高分散性和高導電性的白炭黑復合粉體。此外，納米石墨片、石墨烯、氧化石墨烯、超細鱗片石墨的價格較貴，沉淀法白炭黑是廉價的大宗產品，通過小比例的在沉淀法白炭黑中摻入片狀碳材料可以得到經濟好的高導電性白炭黑復合材料。既解決了片狀導電材料，尤其是昂貴的納米石墨片、氧化石墨烯和石墨烯的使用成本問題和分散性問題，也提升了沉淀法白炭黑的導電性。高導電性沉淀法白炭黑復合粉體，可以廣泛使用在橡膠、塑料、涂料等領域。
[0010]片狀碳材料和沉淀法白炭黑復合，除了可以改善白炭黑的導電能力，還可以用在聚合物里提高制品的綜合性能。例如，沉淀法白炭黑與石墨烯形成的復合材料可以顯著提高橡膠制品的導熱性和耐磨性，添加到輪胎里可以顯著提高輪胎的導熱能力和耐磨能力。[0011 ] 根據制備方法的不同，片狀碳材料中的鱗片石墨、納米石墨片、或石墨烯的平均片徑從常見的幾百μπι到幾百nm都可以制備。本發明中，片狀碳材料的平均片徑最好小于20 μπι，尤其平均片徑小于5 μπι為好。在聚合物中，片狀碳材料與聚合物基體通常具有弱的界面結合力，會成為應力的集中區域。平均片徑越大，對聚合物基體的力學性能影響越嚴重，所以優選小片徑的片狀碳材料與炭黑復合。本發明中鱗片石墨的目數大于1000目，優選大目數超細鱗片石墨與沉淀法白炭黑復合，超細鱗片石墨具有更小的平均片徑和層數，性能更優越，導電性更好。
[0012]本發明中，復合粉體含有過多的沉淀法白炭黑以外的片狀碳材料不利于白炭黑主體性能的發揮，也不利于白炭黑復合粉體成本的降低和可分散性的提高，白炭黑占復合粉體質量百分比的60% _99%，優選小比例的片狀碳材料和沉淀法白炭黑復合使用。本發明中，白炭黑復合粉體里除了沉淀法白炭黑和片狀碳材料還可以含有炭黑。在復合粉體中含有炭黑，可以進一步提高所得復合粉體填充橡塑制品的耐磨性能和導電性能。
[0013]片狀碳材料納米石墨片、石墨烯和氧化石墨烯，通常大都是液相剝離、反應得到的，也需要經歷分散和干燥流程，分散和干燥都是高能耗的過程。通過在白炭黑液相生產的過程耦合加入片狀碳材料的分散和干燥流程，可以節約很多能耗。此外片狀碳材料的干燥過程中，由于高的表面能，極易團聚，通過白炭黑納米顆粒的隔離，可以阻止片層的回疊，對得到高分散性白炭黑復合材料有利。在生產中間過程中形成含有白炭黑和片狀碳材料的混合液態漿料，可以借助球磨機、超聲波、高剪切乳化機、高壓均質機等設備完成，混合漿料中還可以進一步添加十二烷基磺酸鈉、聚乙二醇、羧甲基纖維素鈉等分散劑。借助強力分散設備和分散劑，可以形成均勻的白炭黑和二維碳材料的混合漿料，進一步的壓榨過濾或噴霧干燥就可以得到混合均勻的白炭黑與二維碳材料的復合粉體。
[0014]本發明的優點:
[0015]1、通過在沉淀法生產白炭黑的流程中耦合引入片狀碳材料，節約了能耗，降低了白炭黑和片狀碳材料復合粉體的制造成本。
[0016]2、通過在沉淀法生產白炭黑的過程中耦合引入片狀碳材料，得到高導電性的白炭黑復合粉體，提升了白炭黑在橡膠制品尤其是輪胎制品里的附加值。
[0017]3、通過在沉淀法生產白炭黑的過程中耦合引入片狀碳材料，讓白炭黑納米顆粒和片狀碳材料互相隔離，得到高分散性的復合粉體，提升了復合粉體整體的可分散性。
【附圖說明】
[0018]附圖示出本發明實施例1的沉淀法白炭黑復合粉體的掃描電鏡圖。
具體實施例方式
[0019]以下結合附圖及具體實施例方式進一步說明本發明，附圖和下述實施方式僅用于說明本發明，而非限制本發明。本領域技術人員根據本發明上述內容作出的一些非本質的改進和調整均屬于本發明保護的范圍。下文示例具體的時間、投料量等也僅是合適范圍中的一個示例，即本領域技術人員可以通過本文的說明做合適的范圍內選擇，而并非要限定于下文示例的具體數值。
[0020]實施例1
[0021]稱取85%含量2-羥基丙酸溶液74.11克加水84.04克，配成濃度3.30mol/L的2-羥基丙酸水溶液212ml，備用。稱取254克水玻璃原料，其中Na20和3102百分含量分別為7.99%和26.75%，模數為3.45，加水稀釋成為800ml水玻璃基液。將上述水玻璃基液加入到1.2L攪拌反應釜中，攪拌升溫至75°C。在3h內滴加上述2-羥基丙酸水溶液，使懸浮液PH降低至5.2，停止加酸。在85°C下陳化30min，過濾、洗滌，洗滌至濾液電導率彡300 μ S/cm，壓濾。濾餅再次打成漿料，漿料中加入30.98克納米石墨片(平均片徑為18微米，平均片層厚度為15nm)，含白炭黑和納米石墨片的混合漿料固含量為10%，用高剪切分散機在10000r/min的轉速